Evolução

Classificação Biológica

Toda a vida na Terra evoluiu de um ancestral comum. Biólogos mapeiam como os organismos são relacionados através da construção de árvores filogenéticas. Em outras palavras, uma “árvore da vida” pode ser construída para ilustrar quando diferentes organismos evoluíram e para mostrar as relações entre os diferentes organismos, como mostrado na figura

Observe que, a partir de um único ponto, os três domínios de Archaea, Bacteria e Eukarya divergem e se ramificam repetidamente. O pequeno ramo que as plantas e os animais (incluindo os seres humanos) ocupam neste diagrama mostra quão recentemente esses grupos tiveram sua origem em comparação com outros grupos.

Esta árvore filogenética mostra que os três domínios da vida, Bactéria, Archaea e Eukarya, todos surgiram de um ancestral comum.
Na evolução da vida na Terra, os três domínios da vida – Archaea, Bacteria e Eukarya – ramificam-se a partir de um único ponto. (crédito: modificação do trabalho de Eric Gaba)

A árvore filogenética na figura ilustra o caminho da história evolutiva. O caminho pode ser traçado desde a origem da vida até qualquer espécie individual, navegando através dos ramos evolutivos entre os dois pontos. Além disso, iniciando com uma única espécie e traçando-a de volta para qualquer ponto de ramificação, os organismos relacionados a ela por vários graus de proximidade podem ser identificados.

Uma filogenia é a história evolutiva e as relações entre uma espécie ou grupo de espécies. O estudo de organismos com o objetivo de derivar seus relacionamentos é chamado de sistemática .

Muitas disciplinas no estudo da biologia contribuem para compreender como a vida passada e presente evoluiu ao longo do tempo e, juntas, contribuem para a construção, atualização e manutenção da “árvore da vida”. As informações coletadas podem incluir dados coletados de fósseis, do estudo da morfologia, a partir da estrutura das partes do corpo, ou da estrutura molecular, como a seqüência de aminoácidos em proteínas ou nucleotídeos do DNA. Ao considerar as árvores geradas por diferentes conjuntos de dados, os cientistas podem reunir a filogenia de uma espécie.

Os cientistas continuam a descobrir novas espécies de vida na Terra, assim como novas informações de caráter, assim as árvores mudam à medida que novos dados chegam.

Os níveis de classificação

Taxonomia (que literalmente significa “lei de arranjos”) é a ciência de nomear e agrupar espécies para construir um sistema de classificação compartilhado internacionalmente. O sistema de classificação taxonômica (também chamado de sistema lineano, depois de seu inventor, Carl Linnaeus, naturalista sueco) usa um modelo hierárquico. 

Um sistema hierárquico tem níveis e cada grupo em um dos níveis inclui grupos no próximo nível mais baixo, de modo que, no nível mais baixo, cada membro pertença a uma série de grupos aninhados. Uma analogia é a série aninhada de diretórios na unidade de disco principal de um computador. 

Por exemplo, no agrupamento mais abrangente, os cientistas dividem os organismos em três domínios : Bactéria, Archaea e Eukarya. Dentro de cada domínio existe um segundo nível chamado reino. Cada domínio contém vários reinos. Dentro dos reinos, as categorias subseqüentes de especificidade crescente são: filo , classe , ordem , família , gênero e espécie .

Como exemplo, os níveis de classificação para o cão doméstico são mostrados na Figura . O grupo em cada nível é chamado de taxon (plural: taxa). Em outras palavras, para o cão, Carnívora é o táxon no nível da ordem, Canidae é o táxon no nível da família e assim por diante. 

Os organismos também têm um nome comum que as pessoas normalmente usam, como cachorro doméstico ou lobo. Cada nome de táxon é capitalizado, exceto para espécies, e os nomes de gênero e espécie estão em itálico. Os cientistas referem-se a um organismo por seus nomes de gênero e espécie juntos, comumente chamado de nome científico, ou nome latino. 

Este sistema de dois nomes é chamado nomenclatura binomial . O nome científico do lobo é, portanto, Canis lupus. Um estudo recente do DNA de cães domésticos e lobos sugere que o cão doméstico é uma subespécie do lobo, não da sua própria espécie, portanto, é dado um nome extra para indicar seu status de subespécie, Canis lupus familiaris .

A figura também mostra como os níveis taxonômicos se movem em direção à especificidade. Observe como, dentro do domínio, encontramos o cão agrupado com a mais ampla diversidade de organismos. Estes incluem plantas e outros organismos não ilustrados, como fungos e protistas. 

Em cada subnível, os organismos tornam-se mais semelhantes porque estão mais intimamente relacionados. Antes teoria da evolução de Darwin foi desenvolvido, naturalistas, por vezes classificada organismos usando semelhanças arbitrárias, mas desde que a teoria da evolução foi proposta na 19 ª século, biólogos trabalham para tornar o sistema de classificação reflete relações evolutivas. Isso significa que todos os membros de um táxon devem ter um ancestral comum e estar mais intimamente relacionados entre si do que com membros de outros táxons.

Análises genéticas recentes e outros avanços descobriram que algumas classificações taxonômicas anteriores não refletem relações evolutivas reais e, portanto, mudanças e atualizações devem ser feitas à medida que novas descobertas ocorrem. 

Um exemplo dramático e recente foi o rompimento de espécies procarióticas, que até a década de 1970 eram todas classificadas como bactérias. Sua divisão em Archaea e Bactérias surgiu após o reconhecimento de que suas grandes diferenças genéticas garantiam sua separação em dois dos três ramos fundamentais da vida.

CONEXÃO VISUAL
A ilustração mostra os grupos taxonômicos compartilhados por várias espécies.  Todos os organismos mostrados, plantas, insetos, peixes, coelhos, gatos, raposas, chacais, lobos e cães, estão no domínio Eukarya.  Destes, insetos, peixes, coelhos, gatos, raposas, chacais, lobos e cães estão no reino Animalia.  Dentro do reino Animalia, peixes, coelhos, gatos raposas, chacais, lobos e cães estão no filo Chordata.  Coelhos, gatos, raposas, chacais, lobos e cães são da classe Mammalia.  Gatos, raposas, chacais, lobos e cães são da ordem Carnivora.  Raposas, chacais, lobos e cães são da família Canidae.  Os chacais, lobos e cães estão no gênero Canis.  Lobos e cães têm o nome da espécie Canis Lupus.  Os cães têm o nome da subespécie Canis lupus familiaris.
Em cada subnível do sistema de classificação taxonômica, os organismos se tornam mais semelhantes. Cães e lobos são da mesma espécie porque podem se reproduzir e produzir descendentes viáveis, mas são diferentes o suficiente para serem classificados como subespécies diferentes.

Classificação e Filogenia

Os cientistas usam uma ferramenta chamada árvore filogenética para mostrar os caminhos evolutivos e as relações entre os organismos. Uma árvore filogenética é um diagrama usado para refletir as relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos. A classificação hierárquica de grupos aninhados dentro de grupos mais inclusivos é refletida em diagramas. Os cientistas consideram as árvores filogenéticas uma hipótese do passado evolutivo porque não se pode voltar no tempo para confirmar as relações propostas.

Ao contrário de uma classificação taxonômica, uma árvore filogenética pode ser lida como um mapa da história evolutiva, como mostrado na figura . Características compartilhadas são usadas para construir árvores filogenéticas. 

O ponto em que uma divisão ocorre em uma árvore, chamada de ponto de ramificação , representa onde uma única linhagem evoluiu para novas e distintas. Muitas árvores filogenéticas têm um único ponto de ramificação na base, representando um ancestral comum de todos os ramos da árvore. 

Os cientistas chamam essas árvores de raízes , o que significa que há um único táxon ancestral na base de uma árvore filogenética da qual todos os organismos representados no diagrama descendem. Quando duas linhagens se originam do mesmo ponto de ramificação, elas são chamadas de taxas irmãs, por exemplo, as duas espécies de orangotangos. 

Um ponto de ramificação com mais de dois grupos ilustra uma situação para a qual os cientistas não determinaram definitivamente os relacionamentos. Um exemplo é ilustrado pelos três ramos que levam às subespécies dos gorilas; suas relações exatas ainda não são compreendidas. 

É importante notar que os taxa irmãos compartilham um ancestral, o que não significa que um táxon tenha evoluído do outro. O ponto de ramificação, ou divisão, representa um ancestral comum que existia no passado, mas que não existe mais. 

Os humanos não evoluíram dos chimpanzés (nem os chimpanzés evoluíram dos humanos), embora sejam nossos parentes vivos mais próximos. Tanto humanos como chimpanzés evoluíram de um ancestral comum que viveu, segundo os cientistas, seis milhões de anos atrás e que parecia diferente dos chimpanzés modernos e dos humanos modernos.

A ilustração mostra uma árvore filogenética que começa em uma raiz, indicando que todos os organismos na árvore compartilham um ancestral comum.  Logo após a raiz, os galhos das árvores.  Um ramo dá origem a uma única linhagem basal e o outro dá origem a todos os outros organismos na árvore.  O ramo seguinte se bifurca em quatro linhagens diferentes, um exemplo de politomia.  O ramo final dá origem a duas linhagens, um exemplo de taxa irmãos.
Uma árvore filogenética está enraizada e mostra como diferentes organismos, neste caso as espécies e subespécies de macacos vivos, evoluíram a partir de um ancestral comum.

Os pontos de ramificação e os ramos na estrutura de árvore filogenética também implicam mudança evolutiva. Às vezes, as alterações significativas de caracteres são identificadas em um ponto de ramificação ou ramificação. 

Por exemplo, na figura , o ponto de ramificação que dá origem à linhagem de mamíferos e répteis a partir da linhagem de sapos mostra a origem do caráter do ovo amniótico. Também o ponto de ramificação que dá origem a organismos com pernas é indicado no ancestral comum de mamíferos, répteis, anfíbios e peixes mandibulados.

A árvore filogenética tipo escada começa com um tronco à esquerda.  Uma pergunta ao lado do tronco pergunta se uma coluna vertebral está presente.  Se a resposta for não, um ramo desce para lancelet.  Se a resposta for sim, um ramo leva para cima para outra pergunta, é uma mandíbula articulada presente?  Se a resposta for não, um ramo leva para baixo para lampreias.
Esta árvore filogenética é enraizada por um organismo que não possuía coluna vertebral. Em cada ponto de ramificação, organismos com diferentes caracteres são colocados em grupos diferentes.

Limitações de árvores filogenéticas

É fácil supor que organismos mais aparentados sejam mais parecidos e, embora isso ocorra com frequência, nem sempre é verdade. Se duas linhagens estreitamente relacionadas evoluíram sob um meio significativamente diferente ou após a evolução de uma grande adaptação nova, elas podem parecer bem diferentes uma da outra, mais ainda do que outros grupos que não estão tão intimamente relacionados. 

Por exemplo, a árvore filogenética da Figura mostra que os lagartos e coelhos têm ovos amnióticos, enquanto as salamandras (dentro da linhagem de rã) não possuem; ainda na superfície, os lagartos e as salamandras parecem mais semelhantes que os lagartos e coelhos.

Outro aspecto das árvores filogenéticas é que, a menos que indicado de outra forma, as ramificações não mostram a duração do tempo, elas mostram apenas a ordem no tempo dos eventos evolutivos. Em outras palavras, uma ramificação longa não significa necessariamente que mais tempo foi passado, nem uma ramificação curta significa que menos tempo passou – a menos que especificado no diagrama. 

Por exemplo, na Figura, a árvore não indica quanto tempo passou entre a evolução dos ovos amnióticos e o cabelo. O que a árvore mostra é a ordem em que as coisas aconteceram. Novamente usando o Figure, a árvore mostra que o traço mais antigo é a coluna vertebral, seguido por mandíbulas articuladas e assim por diante. 

Lembre-se de que qualquer árvore filogenética é uma parte do todo maior, e semelhante a uma árvore real, ela não cresce em uma única direção depois que um novo ramo se desenvolve. Assim, para os organismos na Figura, apenas porque uma coluna vertebral evoluiu não significa que a evolução dos invertebrados tenha cessado, isso significa apenas que um novo ramo se formou. Além disso, grupos que não estão intimamente relacionados, mas evoluem sob condições semelhantes, podem parecer mais semelhantes entre si do que a um parente próximo.

Resumo

Os cientistas obtêm continuamente novas informações que ajudam a entender a história evolutiva da vida na Terra. Cada grupo de organismos passou por sua própria jornada evolutiva, chamada filogenia. Cada organismo compartilha o relacionamento com os outros e, com base em evidências morfológicas e genéticas, os cientistas tentam mapear os caminhos evolutivos de toda a vida na Terra. Historicamente, os organismos foram organizados em um sistema de classificação taxonômica. No entanto, hoje muitos cientistas constroem árvores filogenéticas para ilustrar as relações evolutivas e espera-se que o sistema de classificação taxonômica reflita as relações evolutivas.

Glossário

nomenclatura binomial
um sistema de nomes científicos de duas partes para um organismo, que inclui nomes de gênero e espécie
ponto de ramificação
um ponto em uma árvore filogenética onde uma única linhagem se divide em novas
classe
a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra no filo e inclui ordens
domínio
a categoria de mais alto nível no sistema de classificação e que inclui todas as classificações taxonômicas abaixo dela; é o táxon mais inclusivo
família
a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra na ordem e inclui gêneros
gênero
a categoria no sistema de classificação taxonômica que pertence à família e inclui espécies; a primeira parte do nome científico
reino
a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra no domínio e inclui o phyla
ordem
a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra dentro da classe e inclui famílias
árvore filogenética
diagrama usado para refletir as relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos
filogenia
história evolutiva e relação de um organismo ou grupo de organismos
filo
a categoria no sistema de classificação taxonômica que cai dentro do reino e inclui classes
enraizado
descrevendo uma árvore filogenética com uma única linhagem ancestral à qual todos os organismos representados no diagrama
taxa de irmã
duas linhagens que divergiram do mesmo ponto de ramificação
espécies
a categoria mais específica de classificação
sistemática
a ciência de determinar as relações evolutivas dos organismos
táxon
um único nível no sistema de classificação taxonômica
taxonomia
a ciência de classificar os organismos

Referências:

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